1. Класифікація та основні технічні параметри котушок індуктивності
2. Основні елементи котушок індуктивності
3. Розрахунок індуктивності та власної ємності котушок індуктивності
Класифікація та основні технічні параметри котушок індуктивності
Як магнітне, і електричне поля створюються тим чи іншим елементом ланцюга. У разі статичних полів, магнітне та електричне поля можуть існувати незалежно один від одного. Змінне електричне поле завжди нерозривно пов'язане з вагітним магнітним полем. Однак, незважаючи на цей зв'язок, можна виділити деталі, призначення яких полягає у створенні або переважному використанні одного з цих полів. Що стосується електричного поля такими деталями є конденсатори, а стосовно магнітного - деталі, звані котушками індуктивності.
Будь-який провідник зі струмом створює в навколишньому просторі магнітне поле. Для концентрації поля в заданому локальному об'ємі провідник зі струмом згортається циліндричну спіраль, звану в електротехніці соленоїдом.
У радіоелектроніці замість терміну "соленоїд" використовується найменування «котушка індуктивності»(лат.inductio- наведення). Використовуючи різне число витків, змінюючи їх форму або поміщаючи всередину котушки сердечник з підвищеним значенням, можна при одній і тій же величині струму, що протікає через котушку, створювати магнітне поле різної інтенсивності.
Класифікація котушок індуктивності
Котушки індуктивності можна класифікувати за низкою ознак.
За конструкцієювони поділяються на:
одношарові та багатошарові,
на каркасах та безкаркасні,
з сердечниками та без сердечників,
на екрановані та неекрановані,
високочастотні (що володіють індуктивнимхарактером повного опору в діапазоні частот від100 кГцдо400 МГц) та низькочастотні і т.д.
За призначеннямкотушки індуктивності поділяються на:
дроселі високої та низької частоти тощо.
Основні характеристики та параметри котушок індуктивності
Основними характеристиками котушок є індуктивність, власна ємність, активний опір та добротність, температурна стабільність індуктивності. Розглянемо ці параметри.
Індуктивність котушкиL- основний параметр, що визначає реактивний опір, яким володіє котушка в електричному ланцюзі. При розрахунку індуктивності котушок різної конструкції користуються напівемпіричними формулами та допоміжними графіками, що наводяться у довідковій літературі. На відміну від конденсаторів та резисторів, номінальні значення індуктивності котушок (виключення становлять уніфіковані ВЧ та НЧ дроселі) ГОСТами не нормуються, а визначаються виходячи зі стандартів підприємств чи технічних умов на конкретну апаратуру. У РЕА застосовуються котушки з індуктивністю від часток мікрогенрі (контурні високочастотні) до десятків генрі (дроселі фільтрів випрямлячів). Контурні котушки за величиною індуктивності виготовляються з точністю 0,2. 0,5%, а для інших котушок індуктивності допустима точність10. 15%.
Зі збільшенням діаметра намотування та зменшенням її кроку ємністьCВНзростає. Істотне збільшення ємностіCВНвідбувається при використанні каркасів котушок із матеріалів з підвищеним значенням.
Монтажна ємністьCМзалежить від розташування котушки по відношенню до шасі пристрою, інших деталей, від розмірів іформи екрана, якщо котушка екранована. Через складну конфігурацію електричних полів точний розрахунок ємностіCLпрактично неможливий і її величину зазвичай визначають експериментально. У застосовуваних в РЕА котушок індуктивності величинаCLзазвичай становить від одиниць до десятків і (при багатошаровому намотуванні) пикофарад.
Опір втрат. Добротність котушки індуктивності. На низьких частотах активний опір котушки індуктивності вважатимуться рівним опору дроти її обмотки постійному струмі. З переходом більш високі частоти починає проявлятьсяповерхневий ефекті активний опір котушки зростає. З іншого боку, при згортанні дроти в спіраль, тобто. при його намотуванні на котушку, магнітне поле провідника спотворюється внаслідок появи магнітного зв'язку між окремими витками, і воно виявляється несиметричним щодо перерізу дроту. Це, у свою чергу, призводить до нерівномірного розподілу струму по периметру перерізу провідника: усередині витка щільність струму буде вищою. Зміщення струму високої частоти до осі обмотки котушки зветьсяефекту близькості. Його вплив також збільшує активний опір котушки.
Таким чином, можна вважати, що активний опір проводу обмотки на змінному струміR
=RПЕ+RБ, деRПЕ- складова опору, яка залежить від поверхневого ефекту,RБ.- складова, що показує додаткове зростання опору дроту обмотки внаслідок ефекту близькості.
При фіксованому значенні частоти змінного струму величинаRПЕбуде тим менше, чим більше діаметр дротуd.
Ефект близькості, навпаки, проявляється помітніше зі зростанням діаметра дротуd, тобто. зі збільшенням діаметра величинаRБзростає. Нарис.2.3.2показані криві цих залежностей та залежність повного опору проводу обмоткиR
на частотах до 1МГцможна зменшити на30.40%,якщо замість проводу круглого перерізу для намотування котушки застосуватилітцендрат- багатожильний провід, що складається з окремих перевитих один з одним провідників малого перерізу, ізольованих один від одного. Це пояснюється тим, що поверхня літцендрату виявляється набагато більшою за поверхню монолітного дроту, що має ту ж площу поперечного перерізу.
як параметр котушки для порівняння між собою різних котушок зазвичай не використовують. Нею користуються лише теплового розрахунку котушок індуктивності у вихідних каскадах потужних радіопередавачів.
Для порівняння між собою окремих котушок зручніше використовувати параметр, що визначає активні втрати як відносну величину, що визначається порівнянням енергіїWR, яка витрачається в опоріR
за період гармонійного коливання, з максимальною енергієюWL,запасається в магнітному поле котушки. Ставлення
та характеризує якість котушки. Однак для спрощення розрахунків параметром котушки прийнято вважати величину2раз більшуWL,/WR:
Ця величина називаєтьсядобротністюкотушки індуктивності.
Чим вища добротність, тим менша величина втрат у котушці і вищеїї якість. ЗначенняQвизначається вибором типу обмотки, матеріалу каркасу, конструкцією котушки та впливом оточуючих котушку інших деталей при її монтажі в апаратурі.
Залежно від впливу перерахованих факторів добротність котушок, що застосовуються в РЕА, зазвичай лежить в межах50. 600, а за наявності сердечників може бути і вище.
Температурний коефіцієнт індуктивності.Зміна температури навколишнього середовища призводить до того, що змінюються довжина та діаметр дроту обмотки, розміри каркаса котушки, діелектрична проникність матеріалу каркасу та ізоляції тощо. Це призводить до зміни індуктивності котушки та її добротності. Мірою залежності індуктивності котушки від температури єтемпературний коефіцієнт індуктивності(ТКІ),визначений аналогічно іншим температурним коефіцієнтам. Для котушок з багатошаровою обмоткоюТКІ=(50. 500)10- 6К, для котушок з одношаровою обмоткою ТКІ істотно нижче.
Для підвищення температурної стабільності котушок застосовують просочення їх каркасів та ізоляції, використовують керамічні каркаси з обмоткою, виконаною методом спалювання срібла, та герметизацію котушок. можна вважати, що добротність котушок знижується в середньому на1%на кожні3°сзбільшення температури по відношенню до їх добротності при20°с. вплив вологи може призвести до суттєвої зміни (до30%) власної ємності та добротності котушок. Зазвичай ця зміна носить оборотний характер, і після сушіння величиниqіclприймають практично колишні значення.